Программирование Flash-памяти
Программа загрузчика для загрузки и обновления коды программы самим микроконтроллером использует механизм самопрограммирования с истинной поддержкой чтения во время записи. Данная возможность позволяет реализовать функцию гибкого обновления прикладной программы под управлением программы загрузчика, расположенной в загрузочном секторе Flash-памяти. Программа загрузчика для передачи кода программы может использовать любой из доступных интерфейсов. Она имеет возможности записи любого сектора Flash-памяти, в т.ч. загрузочного сектора. Это означает, что программа загрузчика способна обновить или стереть сама себя, если в ней более нет потребности.
Сектор прикладной программы и загрузочный сектор
При использовании самопрограммирования необходимо учитывать, что сектор прикладной программы и загрузочный сектор имеют некоторые отличия. Сектор прикладной программы относится к типу RWW, т.е. поддерживает чтение во время записи, а загрузочный сектор относится к типу NRWW. т.е. не поддерживает чтение во время записи. Здесь под чтением во время записи понимается возможность чтения именно загрузочного сектора, т.к. только из него можно инициировать самопрограммирование секторов Flash-памяти. Сможет ЦПУ исполнять код программы или приостановит свою работу в процессе обновления программы загрузчиком, зависит от адреса Flash-памяти, по которому выполняется программирование.
Во время стирания или записи страницы, расположенной внутри сектора прикладной программы (RWW), возможность чтения загрузочного сектора (NRWW) сохраняется. Это означает, что ЦПУ может работать и исполнять код программы из загрузочного сектора (NRWW).
Во время стирания или записи страницы, расположенной внутри загрузочного сектора (NRWW), ЦПУ приостанавливается на время выполнения всей операции и код программы не может исполняться.
Сектор сигнатурного кода пользователя относится к типу NRWW, таким образом, его стирание или запись имеет особенности, идентичные загрузочному сектору.
При написании программы необходимо исключить доступ к сектору прикладной программы в процессе выполняющегося программирования. Это позволит избежать приостановки ЦПУ. Программа пользователя не может считывать данные, расположенные в секторе прикладной программы, в процессе работы программы загрузчика.
Таблица 30.1. Обзор возможностей секторов типа RWW и NRWW
|
Сектор, адресованный Z-указателем во время программирования |
Сектор, в котором сохраняется возможность чтения в процессе программирования |
Состояние ЦПУ |
Поддержка чтения во время записи |
|
Сектор прикладной программы (RWW) |
Загрузочный сектор (NRWW) |
Работает |
Есть |
|
Загрузочный сектор (NRWW) |
Нет |
Остановлен |
Нет |
|
Сектор сигнатурного кода пользователя (NRWW) |
Нет |
Остановлен |
Нет |
Рисунок 30.1. Сравнение секторов типов RWW и NRWW
Адресация Flash-памяти
Адрес Flash-памяти как при чтении, так и при записи, задается через Z-указатель. Он образован двумя регистрами регистрового файла, ZL и ZH. У МК с объемом Flash-памяти более 64 кбайт указатель адреса дополняется регистром RAMPZ. Более детально о Z-указателе см. в 3.9.1 "X-, Y- и Z- регистры".
Поскольку доступ к Flash-памяти выполняется путем постраничной записи Z-указатель можно разделить на два битовых поля. Младшие биты указателя адресуют слова в пределах страницы, а старшие биты адресуют страницы в пределах Flash-памяти. Это показано на рисунке 30.2. Адрес слова в странице (FWORD) представлен битами [WORDMSB:1] Z-указателя. Оставшиеся биты [PAGEMSB:WORDMSB+1] Z-указателя хранят адрес страницы Flash-памяти (FPAGE). Совместно FWORD и FPAGE задают абсолютный адрес слова Flash-памяти.
При выполнении одной операции чтения Flash-памяти (ELPM и LMP) возвращается один байт. Является этот байт младшим или старшим байтом слова зависит от значения младшего бита (бит 0) Z-указателя. Если он равен нулю, считывается младший байт, а если единице - старший байт.
Размер битовых полей FWORD и FPAGE зависит от размера страницы и flash-памяти микроконтроллера. Узнать эти значения можно в документации на микроконтроллер.
Как только запускается программирование, выполняется фиксация адреса, после чего можно изменить значение Z-указателя и использовать его по другому назначению.
Рисунок 30.2. Адресация Flash-памяти при самопрограммировании
NVM-команды Flash-памяти
В таблице 30.1 представлены NVM-команды, которые можно использовать для доступа к Flash-памяти программ, сигнатурному коду и калибровочным данным. Когда используется самопрограммирование, команды с запуском по действию исполняются после установки бита CMDEX в регистре CTRLA NVM-контроллера. Команды с запуском по чтению исполняются, когда ЦПУ исполняет инструкцию (E)LPM. Наконец, команды с запуском по записи исполняются, когда ЦПУ выполняет инструкцию SPM (SPM).
В столбце "Защита от изменения" указывается, защищен запуск инструкции механизмом защиты от изменения конфигурации (CCP) или нет. Если запуск защищен, то необходимо придерживаться определенной и строго привязанной ко времени последовательности. Более детально об этом см. в 3.14.1 "CCP - регистр защиты от изменения конфигурации". В двух последних столбцах приведены данные о том, используется ли для адресации указатель адреса и какой регистр выступает в роли источника/назначения.
Алгоритм работы каждой команды более детально рассматривается в подразделах 30.11.1.1…30.11.2.14.
Таблица 30.2. Команды самопрограммирования Flash-памяти
|
CMD[6:0] |
Групповая конфигурация |
Описание |
Запуск |
Останов ЦПУ |
Занятость NVM |
Защита от изменения |
Указатель адреса |
Регистр данных |
|
0x00 |
NO_OPERATION |
Нет операции/чтение Flash-памяти |
-/(E)LPM |
-/Нет |
Нет |
-/Нет |
-/Z-указатель |
-/Rd |
|
Страничный буфер Flash-памяти | ||||||||
|
0x23 |
LOAD_FLASH_BUFFER |
Загрузка страничного буфера Flash-памяти |
SPM |
Нет |
Нет |
Нет |
Z-указатель |
R1:R0 |
|
0x26 |
ERASE_FLASH_BUFFER |
Стирание страничного буфера Flash-памяти |
CMDEX |
Нет |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
Flash-память | ||||||||
|
0x2B |
ERASE_FLASH_PAGE |
Стирание страницы Flash-памяти |
SPM |
Нет/Есть(2) |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x2E |
WRITE_FLASH_PAGE |
Запись страницы Flash-памяти |
SPM |
Нет/Есть(2) |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x2F |
ERASE_WRITE_FLASH_PAGE |
Стирание и запись страницы Flash-памяти |
SPM |
Нет/Есть(2) |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x3A |
FLASH_RANGE_CRC(3) |
Вычисление CRC для диапазона Flash-памяти |
CMDEX |
Есть |
Занят |
Есть |
DATA/ ADDR(1) |
DATA |
|
Сектор прикладной программы | ||||||||
|
0x20 |
ERASE_APP |
Стирание сектора прикладной программы |
SPM |
Есть |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x22 |
ERASE_APP_PAGE |
Стирание страницы сектора прикладной программы |
SPM |
Нет |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x24 |
WRITE_APP_PAGE |
Запись страницы сектора прикладной программы |
SPM |
Нет |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x25 |
ERASE_WRITE_FLASH_PAGE |
Стирание и запись страницы сектора прикладной программы |
SPM |
Нет |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x38 |
APP_CRC |
Вычисление CRC сектора прикладной программы |
CMDEX |
Есть |
Занят |
Есть |
- |
DATA |
|
Загрузочный сектор | ||||||||
|
0x2A |
ERASE_BOOT_PAGE |
Стирание страницы загрузочного сектора |
SPM |
Есть |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x2C |
WRITE_BOOT_PAGE |
Запись страницы загрузочного сектора |
SPM |
Есть |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x2D |
ERASE_WRITE_BOOT_PAGE |
Стирание и запись страницы загрузочного сектора |
SPM |
Есть |
Занят |
Есть |
Z-указатель |
- |
|
0x39 |
BOOT_CRC |
Вычисление CRC загрузочного сектора |
CMDEX |
Есть |
Занят |
Есть |
- |
DATA |
|
Сигнатурный код пользователя | ||||||||
|
0x03 |
READ_USER_SIG_ROW |
Чтение сигнатурного кода пользователя |
LPM |
Нет |
Нет |
Нет |
Z-указатель |
Rd |
|
0x18 |
ERASE_USER_SIG_ROW |
Стирание сигнатурного кода пользователя |
SPM |
Есть |
Есть |
Есть |
- |
- |
|
0x1A |
WRITE_USER_SIG_ROW |
Запись сигнатурного кода пользователя |
SPM |
Есть |
Есть |
Есть |
- |
- |
|
Калибровочные данные | ||||||||
|
0x02 |
READ_CALIB_ROW |
Чтение калибровочных данных |
LPM |
Нет |
Нет |
Нет |
Z-указатель |
Rd |
Прим.:
Команда вычисления CRC для диапазона Flash-памяти использует побайтную адресацию Flash-памяти.
В зависимости от того, какой сектор flash-памяти адресуется (прикладной программы или загрузочный).
Данная команда связана с Lock-битами и требует, чтобы биты Boot Lock были незапрограммированными.